固態(tài)鋰離子電池的失效行為會(huì)嚴(yán)重影響電池性能，包括降低電池的能量密度、功率密度、可靠性、安全性和循環(huán)壽命，從而影響電池的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。目前固態(tài)電池的失效可歸納為：循環(huán)容量損失、內(nèi)阻新增、內(nèi)短路、熱失控、日歷失效等失效行為。

循環(huán)容量損失

循環(huán)容量損失是電池最常見的失效行為。在固態(tài)電池中，除鋰離子脫嵌時(shí)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)外，還存在著大量副反應(yīng)，如電解質(zhì)降解、活性物質(zhì)相轉(zhuǎn)變、不均勻鋰沉積等，這些副反應(yīng)存在會(huì)導(dǎo)致電池的循環(huán)容量損失。此失效行為一般用容量保持率和Coulomb效率來(lái)量化。循環(huán)容量損失有2類：首周充放電過(guò)程容量損失、循環(huán)過(guò)程持續(xù)容量損失。一般來(lái)說(shuō)，相比于循環(huán)過(guò)程容量損失，首周容量損失是電池容量衰減的重要原因。

內(nèi)阻增大

內(nèi)阻增大是固態(tài)鋰離子電池在循環(huán)過(guò)程中的另一個(gè)重要失效行為。內(nèi)阻增大會(huì)導(dǎo)致電壓、能量密度和功率密度下降、電池產(chǎn)熱以及循環(huán)壽命降低等問(wèn)題，還會(huì)新增固態(tài)鋰離子電池極化程度以及額外容量損失。一般采用無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池在循環(huán)過(guò)程中內(nèi)阻升高幅度要顯著大于采用聚合物電解質(zhì)的固態(tài)鋰離子電池。

內(nèi)短路

在固態(tài)電池中，內(nèi)短路的發(fā)生往往會(huì)導(dǎo)致電池自放電，容量衰減、局部熱失控。目前的研究中，固態(tài)電解質(zhì)的內(nèi)短路機(jī)制尚不清楚，普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)是固態(tài)電池內(nèi)鋰枝晶的存在導(dǎo)致了內(nèi)短路發(fā)生，但完整電池體系中，短路情況更為復(fù)雜，目前還缺乏有力證據(jù)證明內(nèi)短路的原因。

熱失控

熱失控指鋰離子電池內(nèi)局部或整體溫度急速上升，熱量不能及時(shí)散去，積聚并誘發(fā)副反應(yīng)的失效行為。該過(guò)程劇烈、危害性高、甚至伴有產(chǎn)氣和起火爆炸。固態(tài)電解質(zhì)大都具有較好的高溫穩(wěn)定性，在防止熱失控方面具有較好的安全性，但熱失控仍然是不可忽略。

日歷失效

無(wú)論你用或不用，問(wèn)題都在那里。在電池?cái)R置過(guò)程中，同樣存在性能失效，既日歷失效。通常可根據(jù)電池的失效機(jī)理建立模型來(lái)預(yù)測(cè)日歷失效行為。通過(guò)監(jiān)測(cè)特定充放電狀態(tài)的電池在一定擱置時(shí)間和溫度條件下，電池自放電率、容量損失、內(nèi)阻新增等情況，也可以來(lái)評(píng)價(jià)電池的日歷失效行為。影響電池日歷失效的原因有很多，包括溫度、壓力、擱置時(shí)間、擱置方式、電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。現(xiàn)有研究結(jié)果表明，擱置時(shí)間越久，內(nèi)阻新增得越大，電池的日歷失效越嚴(yán)重，擱置期間的內(nèi)阻新增與電解質(zhì)的種類密切相關(guān)。

不僅想了解怎么沒的，還想了解怎么來(lái)的。為了闡明固態(tài)鋰離子電池中失效行為的原因，科研人員開展了大量有針對(duì)性的失效機(jī)理研究。

概括來(lái)說(shuō)，固態(tài)鋰離子電池的失效重要來(lái)自電極與電解質(zhì)的固/固界面反應(yīng)，包括正極活性顆粒的副反應(yīng)和體積形變，負(fù)極鋰金屬的枝晶生長(zhǎng)、粉化和體積膨脹，以及電極和電解質(zhì)界面處的接觸失效、過(guò)充、熱失控等。一旦在固/固界面生成阻礙電子和離子導(dǎo)電的界面層，就會(huì)使固態(tài)鋰離子電池的動(dòng)力學(xué)性能雪上加霜。相關(guān)于液態(tài)鋰離子電池，固/固界面雖然可以抑制過(guò)渡金屬離子溶出，但隨之而來(lái)的空間電荷層、元素互擴(kuò)散、界面反應(yīng)、鋰枝晶等界面問(wèn)題，將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)阻新增，容量衰減，甚至發(fā)生內(nèi)短路。

從電化學(xué)阻抗分析來(lái)看，正極界面阻抗新增占主導(dǎo)地位。這是因?yàn)檎龢O在固態(tài)鋰離子電池中的離子導(dǎo)電路徑與在液態(tài)電池中不同。因此，解決正極和電解質(zhì)的界面問(wèn)題關(guān)于提升固態(tài)鋰離子電池性能至關(guān)重要。

此外，固態(tài)鋰離子電池的剛性結(jié)構(gòu)，同樣會(huì)導(dǎo)致固態(tài)鋰離子電池電化學(xué)機(jī)械失效問(wèn)題。